小河流域治理工程中生態(tài)護坡的應(yīng)用
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摘要:以寧夏固原海綿城市建設(shè)項目中清水河河道治理工程為背景，分析了生態(tài)護坡與傳統(tǒng)護坡相比的優(yōu)劣，介紹三維土工網(wǎng)格護坡在清水河護岸工程中的應(yīng)用及施工工藝，并展望生態(tài)護坡的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:生態(tài)護坡，三維土工網(wǎng)格，施工工藝
引言
2016年國家第2批海綿城市試點城市推行時，固原市成為寧夏首個海綿城市試點城市。清水河作為流經(jīng)市區(qū)的母親河，河道整治面臨許多問題，河道生態(tài)新系統(tǒng)較差，基本無納污自凈能力;河道年久失修，多年處于污染狀態(tài);清水河上游工業(yè)園區(qū)在非雨季時排口處水體渾濁，明顯有偷排現(xiàn)象更加劇了清水河生態(tài)污染;河岸兩側(cè)均是混凝土灰色護岸，多有剝落，影響對河岸的防護及美觀，且不利于河道生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和構(gòu)建;它的綜合治理是固原海綿城市建設(shè)的重要一環(huán)。河岸的生態(tài)建設(shè)在當代水利建設(shè)中有重要的一席，為了維護河岸穩(wěn)定性，建立良好循環(huán)功能的水利生態(tài)系統(tǒng)，必須加強水利工程基礎(chǔ)建設(shè)，完善灌溉、行洪、排澇等水利體系。而岸邊區(qū)對于河道來說又是關(guān)鍵一環(huán)，保護岸邊區(qū)有重要意義，生態(tài)護坡具有高效率、低成本、綠色發(fā)展的優(yōu)勢，是一種可靠的護坡措施［1］。但是生態(tài)護坡相比傳統(tǒng)護坡在穩(wěn)定性方面有一定的欠缺，因此應(yīng)結(jié)合地形地貌和水文地質(zhì)條件，因地制宜選擇合適的護坡方式。本文結(jié)合固原清水河治理工程的實際應(yīng)用，重點介紹三維土工網(wǎng)格在護坡工程中的應(yīng)用，包括作用機理和施工工藝;將三維土工網(wǎng)格植被護坡并與傳統(tǒng)護坡形式對比，突出生態(tài)護坡綠色環(huán)保的優(yōu)勢，在生態(tài)護坡與傳統(tǒng)護坡的選用方面提出了些許建議。
1河道生態(tài)護坡相關(guān)概念分析
1．1生態(tài)護坡的定義
生態(tài)護坡是綜合工程力學、土壤學、生態(tài)學和植物學等學科的基本知識對斜坡或邊坡進行支護，形成由植物或工程和植物組成的綜合護坡系統(tǒng)的護坡技術(shù)。邊坡開挖后，通過種植植物，利用植物根系與巖、土體的相互作用對邊坡表層進行防護，一方面能增強土體的抗滑移能力、穩(wěn)定性，另一方面能起到生態(tài)修復(fù)的作用，是一種高效、環(huán)保的防護手段［2］。
1．2生態(tài)護坡的優(yōu)缺點
盡管傳統(tǒng)灰色護坡(砲片石護坡、三合土抹面、噴混凝土和錯噴網(wǎng)護坡)穩(wěn)定性較強，可防止坡面侵蝕、維持邊坡穩(wěn)定，但密實的坡面防護阻礙了水土之間交流，不僅使地下水難以得到補充，而且破壞了河道生態(tài)系統(tǒng)，使動植物微生物的生存空間減少，最終使水體失去自凈能力。混凝土歷經(jīng)長時間的風吹日曬，容易風化脫落、鋼筋銹蝕，護坡效果無法保證，植被恢復(fù)差，無法形成一個和諧的自然生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)護坡恰好能將穩(wěn)定性與植被相結(jié)合，使護坡在保障穩(wěn)定性的前提下，考慮生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展，生態(tài)護坡有以下幾個優(yōu)點:1)改善水質(zhì)，加強水體的自凈能力;2)調(diào)節(jié)水溫變化，維持生態(tài)平衡;3)維護河道生態(tài)系統(tǒng)的多樣性;4)恢復(fù)河岸邊坡的綠色景觀，改善了人的居住環(huán)境;5)施工效率高，適應(yīng)性好［3］。當然，在使用生態(tài)護坡時，也要考慮“硬化與綠化”的關(guān)系，根據(jù)當?shù)睾恿鞯乃牡刭|(zhì)條件和降雨條件合理選用護坡形式。
1．3生態(tài)護坡的選用注意事項
根據(jù)GB50707—2011河道整治規(guī)范中內(nèi)容提出，生態(tài)護坡在不同的河段宜采用不同的護坡結(jié)構(gòu)。由于河流與河床的相互作用，河岸分為凹岸凸岸，在凹岸水流對沖段，護坡設(shè)計宜采用噴射混凝土、漿砌片石護岸等工程措施以滿足防沖要求;凸岸及其他防沖要求較低的區(qū)段，宜選擇植物措施或者植物—工程相結(jié)合的措施如生態(tài)土工網(wǎng)墊、植生土工袋、生態(tài)混凝土、連鎖空心磚等防護?？紤]到河流的設(shè)計流速對防護措施選用的影響［4］，簡單區(qū)分如表1所示。
2清水河治理工程中三維土工網(wǎng)格生態(tài)護坡的應(yīng)用
清水河固原市區(qū)段從上游二十里鋪橋到下游沈家河水庫庫尾共17．97km，結(jié)合海綿城市清水河治理項目，分上、中、下三段進行治理。其中，上段于2013年完成河道整治工程，漿砌石護岸3．3km(雙邊)，格賓石籠生態(tài)護岸10．4km(雙邊);中段(銀平公路橋至火車站橋段)已實施防洪工程建設(shè)，河岸已全部砌護，均為直立式堤岸;下游段目前正在實施整治?，F(xiàn)對下游段馬飲河段中三維土工網(wǎng)格植被護坡進行介紹。
2．1三維土工網(wǎng)格植被護坡作用機理
格構(gòu)室網(wǎng)材料抗拉強度高、化學穩(wěn)定性好、耐磨、耐寒、耐酸堿;側(cè)壁上可選擇是否開設(shè)孔洞，便于儲水及水分滲流;多用于軟土地基處理、邊坡加固、河道治理、防風固沙等領(lǐng)域，三維土工網(wǎng)格如圖1所示。三維土工網(wǎng)格與植被協(xié)同作用，三維土工網(wǎng)格的立體結(jié)構(gòu)可以將種植土固定于邊坡上，為植物生長提供所必需的土壤和養(yǎng)分，形成綠化邊坡，進而植被莖葉阻擋降雨直接沖刷坡面，降低雨滴的沖擊能，而且發(fā)達的植物根系還可以起到固土護坡的作用。保證三維土工網(wǎng)格正常工作的注意事項:1)格構(gòu)室充分張開，充分伸展的格構(gòu)壁一旦受力便會立即發(fā)揮作用，為受壓后欲向四周潰散的格室內(nèi)松散體提供側(cè)向約束力，并通過三維格構(gòu)網(wǎng)同時把力傳遞給鄰近格室，以便若干格室共同受力協(xié)同工作;若格構(gòu)室壁處于未充分展開狀態(tài)，則會使相應(yīng)格室的側(cè)向約束作用及力的傳遞程度均大打折扣。2)保證所有格構(gòu)室填充密實并整體壓實是施工技術(shù)中的關(guān)鍵之二，對單個格構(gòu)室來說，只有格室內(nèi)填充飽滿密實，受壓時才能充分擠壓格構(gòu)式壁，格構(gòu)式壁才能及時提供反向約束力;對整個復(fù)合基層來說，只有所有格室均填充密實，才有利于整體均勻受力和保持穩(wěn)定。
2．2三維土工網(wǎng)格施工工藝
2019年7月，利用三維土工網(wǎng)格在清水河兩岸進行現(xiàn)場施工，現(xiàn)總結(jié)具體施工工藝方法如下:1)石籠網(wǎng)固腳。石籠網(wǎng)內(nèi)裝入塊石，將其放在坡腳底部的土工布上，用鐵絲網(wǎng)搭接固定相鄰的石籠網(wǎng)。2)削坡及整坡。進行坡面平整，保證坡面土質(zhì)均勻無大石塊與樹枝等雜物，若坡面基層土不夠密實，需用小型振動夯或鐵板將表面土壓實。3)鋪三維土工網(wǎng)格。將三維土工網(wǎng)格自上而下充分張開，如圖2所示，用U型釘呈梅花狀布置進行固定。4)填土。挖機覆土可能會損壞格室，采用人工覆土層層壓實，挖機配合運料，土料落下的高度不宜超過格室頂面20cm。5)播種。將有機肥按100g/m2進行均勻散播，然后散播草種。選用適合當?shù)赝临|(zhì)的生態(tài)護坡草種，按10g/m2，用種植土攪拌均勻散播在格子內(nèi)。6)鋪設(shè)遮蓋物。坡面上覆蓋一層土工布遮擋降雨及避免陽光直射，土工布應(yīng)用木條或磚塊壓住，待草種發(fā)芽后揭開。
3結(jié)語
在海綿城市如火如荼建設(shè)過程中，固原海綿城市建設(shè)不斷運用新技術(shù)，貫徹低影響度開發(fā)理念，力圖將固原打造模范海綿城市試點城市，清水河治理工程是其中的重要環(huán)節(jié)，生態(tài)護坡河道治理工程中得到了大力的推廣。本文對生態(tài)護坡與傳統(tǒng)護坡形式進行比較，可以看出傳統(tǒng)灰色護坡形式盡管有很強的穩(wěn)定性，但對自然生態(tài)環(huán)境造成了不小的損害，從側(cè)面突出了生態(tài)護坡形式綠色可持續(xù)的防護優(yōu)勢，當然在實際工程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合理的護坡形式，不能從一而論。另外，通過論述三維土工網(wǎng)格植被護坡在當前固原市中小河流治理工程中的應(yīng)用，介紹了作用機理及施工工藝，其形成的土壤—根系—格室體系有利于邊坡穩(wěn)定?？紤]到當前生態(tài)護坡存在的弱點，今后的研究應(yīng)集中在生態(tài)護坡新材料、生態(tài)護坡服務(wù)功能、生態(tài)護坡設(shè)計等幾個方面，相信未來生態(tài)護坡的應(yīng)用將會越來越多，為國家的水利事業(yè)添磚加瓦。
參考文獻:
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作者：黃鵬之 黃順利 孫彬 單位：北方工業(yè)大學土木工程學院